Wärmere Arktis, Eisschmelze, Kältere Winter

Die beiden russischen Wissenschaftler Vladimir Petoukhov und Vladimir Semenov veröffentlichten im Jahre 2010 eine Arbeit in der sie auf einen möglichen Zusammenhang zwischen der Eisschmelze in der Arktis und den vermehrten Kälteepisoden in den letzten Wintern auf der Nordhalbkugel hinwiesen. Im Zuge der globalen Erwärmung hat sich die Arktis infolge eines umgekehrt ablaufenden Eis-Albedo Effektes weit überdurchschnittlich erwärmt. Wenn in der Arktis zum Beispiel das Meeereseis etwas zurückgeht, so gibt es die darunter liegende wesentlich dunklere Wasseroberfläche frei, die das Sonnenlicht nicht wie das Eis reflektiert sondern den größtenteils absorbiert. Dadurch wird es wärmer, es schmilzt noch mehr Eis, noch mehr Sonnenlicht wird absorbiert, es wird noch wärmer usw. usf. also eine positive Rückkopplung.

Petoukhov und Semenov spielten den schrittweisen Rückgang  des arktischen Meereises in der Barents- und Kara-See und die Wirkungen auf die Luftzirkulation und die Temperatur im Winter der Nordhalbkugel mit einem Computermodell durch. Dabei zeigte sich ein überraschendes Phänomen. Über dem Arktischen Meer  bildete sich in den meisten Modelldurchläufen (aber nicht immer!) ein dynamisches Hochdruckgebiet und sorgte für kalte Ostwinde in Europa und Nordamerika.

BHHs-tuCIAEyhiG

Simulationen der Eistschmelze in der Arktis und ihrer Folgen. Quelle: Petoukhov und Semenov

Ein Hochdruckgebiet unter diesen Bedingungen widerspricht erst einmal der unmittelbaren Intuition. Die eisfreien Flächen mit der relativ warmen Wasseroberfläche erwärmen die darüber liegende kalte Polarluft und es verdunstet viel Wasser (Zufuhr latenter Wärme). Da würde man eigentlich Konvektion und ein Wärmetief erwarten. Doch es kommt anders und das geht vielleicht so:

Die überproportionale Erwärmung der Arktis verringert den Temperaturkontrast zwischen Polarregionen und mittleren Breiten, das den Jetstream antreibt, ein von West nach Ost gerichtetes, mäanderndes Starkwindband in der oberen Troposphäre. Der Jetstream wird dann langsamer und welliger. Die sich im Jetstream immer wieder spontan ausbildenden Rossby-Wellen werden ausgeprägter, ihre Amplitude nimmt zu. Die Rossbywellen pflanzen sich nicht nur horizontal in Laufrichtung des jetstreams sondern auch vertikal in Richtung der nächst höher gelegenen Stratosphäre fort. Dort stören sie den Polarwirbel, einen thermischen Tiefdruckwirbel, der nur im Winter entsteht, wenn sich die Stratosphäre in der dunklen Polarnacht stark abkühlt. Der stratosphärische Polarwirbel reicht bis in die obere Troposphäre hinab und ist dort mit dem Jetstream verbunden. Nach einer geraumen Zeit fortwärender Störungen bricht der Polarwirbel plötzlich auseinander. Dieser Polarwirbelsplit hat deutliche Folgen für das Wetter in der Troposphäre: Die vorher im Polarwirbel gefangenen kalten Luftmassen stürzen nach unten, erwärmen sich durch die dabei stattfindende Kompression (sudden stratospheric warming) und so bildet sich das dynamisches Hochdruckgebiet über der Polarregion. Statt relativ milder Westwinde als Folge eines starken Jetstreams dominieren nun kalte Ostwinde den Winter in Europa. Mit dem Zusammenbruch des Polarwirbels verlagert sich der Jetstream nach Süden und wird noch langsamer und welliger. Über die mit polarer Kaltluft gefüllten Tröge (Wellentäler) der Rossby-Wellen kommt es immer wieder zu Kaltlufteinbrüchen bis weit in den Süden. Im Gegenzug gelangt über die Wellenberge allerdings auch warme Luft in den Norden. Es wird also nicht überall kälter sondern mancherorts auch wärmer. Durch die erhöhte Luftfeuchtigkeit infolge der Wasserverdunstung über den eisfreien Flächen fallen Schneefälle deutlich stärker aus als zuvor.

BHH1F7GCcAAGWuY

Die Wirklichkeit im März 2013. Die Grafiken wurden mit dem Analysetool des NOAA Earth System Research Laboratory erstellt.

Auf diese Weise lassen sich die wieder kälteren und schneereichen Winter der letzten Jahre in Europa (aber auch andeswo auf der Nordhalbkugel) als vorübergehendes Ergebnis der globalen Erwärmung erklären.  Vorübergehend deshalb, weil die Simulationen von Petoukhov und Semenov auch zeigten, dass es das Hochdruckgebiet über dem Polarmeer und damit die kälteren Winter nicht mehr geben wird, wenn der Großteil des Meereises in der Arktis verschwunden ist.

Die Wirklichkeit entspricht in geradezu verblüffenderweise den Vorhersagen der beiden russischen Wissenschafter, so zuletzt im März 2013, als weite Teile Europas und Nordamerikas eine für die Jahreszeit schon aussergewöhnliche Kälte und teilweise starke Schneefälle erlebten. Ähnliche Kältewellen gab es auch in den Wintern 2005/6, 2008/9, 2009/10 und 2011/12. Der Winter 2006/7 war dagegen ausgesprochen milde.

Jens Christian Heuer

Quelle: V. Petoukhov und V. Semenov: A link between reduced Barents-Kara sea ice and cold winter extremes over northern continents

Advertisements